Java IO流按处理数据单位分类

Java IO流按处理数据单位分类 的内容进行更详细、系统化的梳理，全面理解字节流与字符流的体系结构、设计原理和使用场景。

一、Java IO流按处理数据单位分类

1. 字节流（Byte Streams）

处理单位：byte（8位），适用于所有类型的数据（文本、图片、音频、视频等）
核心抽象类：InputStream（输入）、OutputStream（输出）

（1）InputStream 及其常见子类

（2）OutputStream 及其常见子类

2. 字符流（Character Streams）

处理单位：char（16位 Unicode 字符），专为文本设计
核心抽象类：Reader（输入）、Writer（输出）
本质是字节流 + 编码转换

（1）Reader 及其常见子类

（2）Writer 及其常见子类

3. 转换流（Bridge Streams）--连接字节流与字符流的关键

✅ 最佳实践：
永远不要直接使用 FileReader / FileWriter，而应使用：

Reader reader = new InputStreamReader(new FileInputStream("file.txt"), "UTF-8");
Writer writer = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream("file.txt"), "UTF-8");

二、补充说明（深度扩展）

1. 为什么需要字符流？--Unicode 与编码问题

• Java 内部使用 Unicode：每个 char 占 2 字节（UTF-16 编码），但外部文件可能使用 GBK、UTF-8、ISO-8859-1 等编码。
• 字节流无法理解字符边界：例如 UTF-8 中一个中文字符占 3 字节，若用 FileInputStream 逐字节读取，会把一个汉字拆成 3 个“乱码字节”。
• 字符流自动处理编码转换：通过 InputStreamReader，它知道如何将字节序列按指定编码解析为合法的 Unicode 字符。

📌 举例：
文件内容为“你好”，UTF-8 编码下占 6 字节。

• 字节流读取：得到 6 个无意义的 byte 值（如 -28, -67, -96, ...）
• 字符流读取：得到 2 个 char：'你'、'好'

2. 字节流 vs 字符流：核心区别总结

3. 使用建议（实战经验）

• 不确定数据类型？用字节流：如上传文件、下载资源，统一用 InputStream/OutputStream。
• 明确是文本？用字符流 + 显式编码：避免 FileReader，改用 InputStreamReader(..., "UTF-8")。
• 大量读写？加缓冲：BufferedInputStream / BufferedReader 可提升 10~100 倍性能。
• 读写基本类型？用 Data 流：如保存游戏存档（int 分数、double 时间）。
• 对象持久化？用 Object 流：但注意版本兼容性和安全性问题。
• 多文件合并？用 SequenceInputStream（字节）或自定义 Reader（字符）。

4. 缓冲流的工作原理

• 无缓冲：每次 read() 都触发一次系统调用（如磁盘 I/O），开销大。

• 有缓冲：一次性读取 8KB（默认）到内存缓冲区，后续 read() 从缓冲区取，直到用完再触发下一次 I/O。

• 性能对比：

  // 慢：每次读1字节，100万次系统调用
  FileInputStream fis = new FileInputStream("big.txt");
  
  // 快：1次读8192字节，约122次系统调用
  BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("big.txt"));
  

⚠️ 注意：BufferedOutputStream 和 PrintWriter 默认不自动 flush，写完记得调用 flush() 或 close()！

5. 装饰器模式在 IO 流中的体现

Java IO 是装饰器模式（Decorator Pattern） 的经典应用：

// 层层包装：节点流 → 转换流 → 缓冲流
Reader reader = new BufferedReader(
                   new InputStreamReader(
                       new FileInputStream("data.txt"), 
                       "UTF-8"
                   )
               );

• 每一层只关注自己的职责（读文件、转编码、加缓冲）
• 灵活组合，避免类爆炸（不用为每种组合创建新类）

三、总结图示（逻辑结构）

字节流体系：
InputStream ← FileInputStream, ByteArrayInputStream, ...
            ← FilterInputStream ← BufferedInputStream, DataInputStream, ...

OutputStream ← FileOutputStream, ByteArrayOutputStream, ...
             ← FilterOutputStream ← BufferedOutputStream, DataOutputStream, ...

字符流体系：
Reader ← FileReader (慎用), StringReader, CharArrayReader, ...
       ← InputStreamReader (桥梁!) ← 包装 InputStream
       ← BufferedReader, PushbackReader, ...

Writer ← FileWriter (慎用), StringWriter, CharArrayWriter, ...
       ← OutputStreamWriter (桥梁!) ← 包装 OutputStream
       ← BufferedWriter, PrintWriter, ...

这份详细解析彻底掌握 Java IO 流的分类与使用逻辑！如有特定场景（如网络编程、文件加密、大文件处理等），也可以进一步探讨优化方案。